BAB III PERANCANGAN Gambaran Alat

Transkripsi

1 BAB III PERANCANGAN Pada bab ini penulis menjelaskan mengenai perancangan dan realisasi Gravity Light nya. Bahasan perancangan dimulai dengan penjelasan alat secara keseluruhuan yaitu penjelasan singkat bagaimana alat bekerja. Pembahasan selanjutnya mengenai penjelasan perancangan dari alat. Yaitu perancangan tiang besi penyangga alat, penjelasan perancangan variasi beban yang digunakan sebagai masukan sistem yang terhubung pada gearbox, penjelasan gearbox yang terdiri dari bicycle wheel dan pulley yang dihubungkan menggunakan belt, penjelasan turntable motor yang digunakan sebagai generator pada sistem dan rangkaian konverter penyearah berupa rangkaian full wave bridge rectifier dengan filter kapasitor, serta penjelasan perancangan lampu yang digunakan sebagai keluaran hasil akhir dari sistem Gambaran Alat Sistem yang dirancang oleh penulis adalah sebuah lampu gravitasi yang tidak memerlukan enegi listrik dalam penggunaanya dan menggunakan gearbox berupa bicycle wheel dan pulley yang dihubungkan dengan belt. Alat ini dapat bekerja dengan memberi variasi beban pada alat. Bicycle wheel pada gearbox akan bergerak mulai dari gear C dengan putaran paling rendah, disusul oleh bergeraknya gear B dan gear A yang dihubungkan dengan belt melalui sistem pulley. Gear A yang bertemu dengan motor akan mendapat putaran paling cepat sehingga menghasilkan output besar pada generator. Setelah output keluar, tegangannya masih berupa AC yang akan masuk ke rangkaian konverter, dimana tegangan AC tersebut akan diubah menjadi tegangan DC. Setelah itu tegangan output akan membuat LED menyala dalam waktu tertentu sesuai dengan berapa lama beban dapat mencapai batas maksimum ( beban tidak dapat turun lagi ) dari ketinggian awal 80 cm. Apabila lampu mati ( beban mencapai batas maksimum ) maka beban hanya perlu dikembalikan ke posisi awal sehingga sistem akan kembali bekerja. 15

2 Gambar 3.1. Gambaran Sistem Gravity Light 3.2. Perancangan Alat Alat yang dirancang adalah sebuah lampu yang terdiri dari susunan komponen - komponen. Lampu ini memiliki dimensi 66cm 65cm 200cm (p l t). Adapun komponen - komponen tersebut yaitu: Tiang besi penyangga komponen. Variasi beban buatan yang terdiri dari beban utama dan beban counter. Bicycle wheel & pulley yang dihubungkan menggunakan belt. Turntable motor & rangkaian konverter penyearah. Rangkaian lampu LED 16

3 Gambar 3.2. Rancangan Sistem Gravity Light (a) (b) Gambar 3.3. (a) Tampak Belakang Alat (b) Tampak Depan Alat 17

4 Tiang Besi Penyangga Dalam skripsi ini penulis merancang mekanik yang digunakan sebagai penyangga alat menggunakan besi baja ringan. Besi baja ringan tersebut disusun sedemikian rupa sehingga mampu menampung komponen lain yang dibutuhkan pada alat skripsi seperti bicycle wheel dan pulley yang terhubung ke motor. Tiang besi ini juga digunakan sebagai jalur turunnya beban sehingga dapat diperoleh ketinggian 80 cm Variasi Beban Dalam skripsi ini penulis menggunakan variasi beban dari 1 15 kg yang terbuat dari botol yang diisi pasir dengan berat satuannya 1 5 kg. Beban satuan tersebut dapat diakumulasi hingga mencapai berat total 15 kg( 5 kg + 4 kg + 3 kg + 2 kg + 1 kg ). Beban ini berfungsi sebagai input sistem yang nantinya akan diubah menjadi energi kinetik. Dalam percobaannya, sistem hanya dapat bekerja dengan beban minimum 9 kg. Untuk menyempurnakan kerja sistem diperlukan sebuah beban penyeimbang (beban counter) yang terdiri dari beban buatan dengan berat 0.7 kg dan 1 kg. Tujuan dari diberikannya beban counter tersebut ialah untuk memaksimalkan waktu turun sistem sehingga diperoleh waktu paling lama dengan memperhatikan dan menganalisa akibatnya terhadap penurunan tegangan dan arus. Gambar 3.4. Variasi Beban Buatan 18

5 Gambar 3.5. Diagram Alir Sistem Bicycle Wheel & Pulley Dalam skripsi ini penulis menggunakan gearbox yang terdiri dari bicycle wheel & pulley yang dihubungkan menggunakan belt. Bicycle wheel yang saya gunakan terdiri dari gear C dengan diameter 5 cm, gear B dengan diameter 63 cm dan pada sistem pulley terdapat gear A dengan diameter 2,54 cm. Waktu jatuh pada sistem gravity light dapat dihitung berdasarkan perhitungan sbb: keliling gear A = d Π (19) = 25,4 mm 3,14 = 79,76 mm = 80 mm untuk menghidupkan LED diperlukan 1/2 putaran per detik maka diperlukan 1/2 keliling yaitu 40 mm[1]. 19

6 maka kecepatan linear gear A = jarak / waktu = 40mm / 1 s = 40 mm/s. karena sistem berbentuk pulley maka kecepatan linear di gear A dan kecepatan linear di gear B sama, maka kecepatan linear gear B = 40 mm/s untuk mencari kecepatan linear di gear C dicari dengan cara: rasio gear B dan C = 157 mm / 1978,2 mm (20) = 0,0793 maka kecepatan linear gear C = 40 mm/s 0,0794 (21) = 3,176 mm/s = 3,2 mm/s maka dapat dicari waktu jatuh t = s / v (22) = (800 mm / 3,2 mm/s) = 250 s = 4 menit 10 s Perhitungan tersebut mengabaikan losses akibat gesekan dan beban dianggap mampu menggerakan sistem. Gear C digunakan untuk mengubah energi potensial gravitasi pada beban yang turun menjadi energi kinetik rotasi yang menggerakan gear C. Setelah itu energi kinetik rotasi akan diteruskan ke gear B hingga sampai ke gear A melalui belt. Energi kinetik rotasi pada gear A akan diubah menjadi energi listrik lewat generator AC. Kita dapat mencari daya sistem dengan rumus sebagai berikut (contoh beban 12 kg): Ep = m.g.h (23) Ep = 12 kg 9,8 ms -2 0,8 m Ep = 94,08 J untuk mencari daya maka dilakukan dengan rumus P = E / t (9 kg) P = 94,08 J / 326 s P = 0,29 Watt (24) 20

7 Tapi dari hasil percobaan didapatkan tegangan 22,55 V dan arus 1,11 ma maka, P = V.I (25) P = 22,55 V 1,11 ma P = 0,02505 Watt Maka dari data yang diperoleh dapat diketahui jika efisiensi sistem tersebut η = (Pout / Pin) 100% (26) η = (0,02505 Watt / 0,29 Watt) 100% η = 8,637% η = 8,6% Selisih daya tersebut terjadi karena sistem tidak mungkin bekerja secara ideal dan mengalami banyak daya losses. (a) (b) Gambar 3.6. (a) Pulley (Gear A= 2,54 cm) (b) Bicycle Wheel (Gear B= 63 cm dan Gear C= 5 cm) Turntable Motor & Rangkaian Konverter Penyearah Dalam skripsi ini penulis menggunakan turn table motor dengan tipe TYJ50-8A7 sebagai generator yang mengubah energi kinetik rotasi dari gear A pada pulley menjadi energi listrik yang menghasilkan output tegangan dan arus. Output yang dihasilkan oleh turn table motor ialah tegangan dan arus AC yang kemudian akan dikonversikan menggunakan rangkaian konverter full wave bridge rectifier dengan filter kapasitor sehingga diperoleh output tegangan dan arus DC. 21

8 Gambar 3.7. Turn Table Motor pada Alat Dalam skripsi ini penulis menggunakan rangkaian konverter penyearah berupa rangkaian Full Wave Bridge Rectifier dengan filter kapasitor. Rangkaian tersebut adalah sebuah rangkaian eletronika yang terdiri dari 4 buah schottky dioda yang disusun dan digunakan untuk menyearahkan tegangan masukan AC sehingga menjadi tegangan keluaran DC. Pemilihan dioda schottky disini dikarenakan dioda jenis ini memiliki kecepatan switching yang lebih tinggi daripada dioda penyearah lainnya. Selain itu drop tegangan pada dioda schottky juga relatif rendah sehingga didapatkan efisiensi yang lebih tinggi. Penggunaan kapasitor disini bertujuan untuk menyaring tegangan riak sehingga didapat output DC yang searah dan rata. Gambar 3.8. Skematik Perancangan Generator 22

9 Rangkaian LED Dalam skripsi ini penulis menggunakan sebuah lampu buatan yang terdiri dari 3 buah High Power Led yang disusun secara seri dan dipasangkan pada fitting lampu fleksibel. Penggunaan HPL dikarenakan konsumsi arus yang kecil dapat menghasilkan intensitas keterangan yang tinggi. Lampu ini digunakan sebagai output akhir alat yang akan menghasilkan cahaya dengan tingkat kecerahan atau intensitas berdasarkan variasi beban input yang diberikan pada sistem. Gambar 3.9. Lampu LED sebagai Output 23